CN102235458A - 一种主动减震隔振装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种主动减震隔振装置，通过使用非线性的分数阶天棚阻尼控制技术，将被隔振对象的速度信号转换成天棚阻尼力信号作用于被隔振对象，从而实现被隔振对象的低振动传递率和高衰减率的隔振效果，能提高阻尼控制的鲁棒性，改善减震隔振装置的动力学特性。

Description

一种主动减震隔振装置

技术领域

本发明涉及主动减震隔振技术领域，特别涉及一种主动减震隔振装置。

背景技术

在大规模半导体集成电路生产设备中，如光刻机，要求许多重要部件如激光干涉仪测量系统和曝光系统的振动干扰尽可能小，使得重要的模块处于安静环境中。因为振动的干扰会传递给测量框架，使得测量框架产生不必要的运动，进而将会干扰工件台掩模台的激光干涉仪测量系统等。最终会影响工件台掩模台和镜面误差，导致套刻误差和特征线宽误差加大。因此，在光刻机这样的半导体设备中通常采用减震隔振装置将内部重要部件与基础框架等其他结构的外部世界独立开来形成独立的内部世界。

目前用于半导体设备的减震隔振装置主要以基于空气弹簧的主动减震方式为主，采用有源控制器的主动控制策略，实现六自由度控制，实现低刚度、低共振频率、高衰减率从而实现较低的振动传递率，使得外部扰动对内部世界的影响最小化。

2002年10月29日公开的美国专利US6193206B1揭示了一种多级的主动隔，振装置，它在单级隔振的基础之上通过增加隔振的级数来提高隔振的效果，并相应的在多级隔振上采取多级有源主动控制策略，来实现从级(被隔振对象)跟随主级振动实现逐级减震。但是多级隔振系统的各个运动自由度相互耦合，其隔振传递率并不等于每个单级传递率相乘，级数越多效果越不明显，并且结构越来越复杂，成本越来越高。

2002年5月14日公开的美国专利US2005/0256613A1给出了一种基于线性天棚阻尼控制技术的主动隔振装置，通过天棚阻尼调节器将测量得到的被隔振对象的速度信号调谐为阻尼力，并通过一个驱动力执行器来补偿给被隔振对象，从而实现被隔振对象的振动隔离。由于通过对阻尼力的调节来逼近典型二级系统的衰减水平，从而能够降低传递率，提高隔振的效果。然而，该装置是基于线性阻尼技术而设计的，忽略了实现阻尼本身的非线性因素和非线性阻尼的影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种主动减震隔振装置，以实现基于非线性天棚阻尼控制技术的减震隔振。

本发明提供一种主动减震隔振装置，其包括：基座，其具有振动干扰；隔振平台，与所述基座相对设置并对基座进行减振、隔振；多个隔振执行模块，连接所述基座和所述隔振平台，每一所述隔振执行模块具有可调的阻尼；多个速度传感器，设置在所述隔振平台上，用于得到所述隔振平台的物理轴速度信号；控制模块，用于根据分数阶天棚阻尼控制技术将所述物理轴速度信号调节成物理轴天棚阻尼力信号；以及多个驱动力执行器，连接所述控制模块和所述隔振平台，用于将所述物理轴天棚阻尼力信号作用于所述隔振平台，以对隔振平台进行实时调节和补偿。

在上述主动减震隔振装置中，所述控制模块包括：第一物理轴到逻辑轴转换矩阵单元，用于将所述物理轴速度信号转化为逻辑轴速度信号；多轴向分数阶天棚阻尼调节器，用于将所述逻辑轴速度信号转化为逻辑轴天棚阻尼力信号；逻辑轴到物理轴转换矩阵单元，用于将所述逻辑轴天棚阻尼力信号转化为物理轴天棚阻尼力信号。

在上述主动减震隔振装置中，每一轴向的所述分数阶天棚阻尼调节器包括：比例增益器，用于将所述逻辑轴速度信号修正为线性天棚阻尼力信号；微分增益器和分数阶微分器，用于将所述逻辑轴速度信号修正为非线性天棚阻尼力信号，所述微分增益器调节所述非线性天棚阻尼力信号的幅值，所述分数阶微分器调节所述非线性天棚阻尼力信号的衰减率；第一求和器，用于叠加所述线性天棚阻尼力信号和所述非线性天棚阻尼力信号，得到所述逻辑轴天棚阻尼力信号。

在上述主动减震隔振装置中，所述分数阶微分器的微分阶数的范围为大于等于0而小于1。

在上述主动减震隔振装置中，所述微分阶数的范围为0.5～0.9。

在上述主动减震隔振装置中，所述主动减震隔振装置还包括多个位置传感器，所述多个位置传感器设置在所述隔振平台上，用于得到所述隔振平台的物理轴位置信号，而且，所述控制模块还包括第一控制环路，所述第一控制环路包括：第二物理轴到逻辑轴转换矩阵单元，用于将所述物理轴位置信号转化为逻辑轴位置信号；多轴向求和比较器，用于将所述逻辑轴位置信号与基于所述隔振平台重心的逻辑轴期望位置信号进行比较以得到逻辑轴位置误差信号；多轴向位置控制器，用于将所述逻辑轴位置误差信号转化为逻辑轴驱动力信号，其中，所述逻辑轴驱动力信号通过所述逻辑轴到物理轴转换矩阵单元转化为物理轴驱动力信号，所述物理轴驱动力信号通过所述多个驱动力执行器作用于所述隔振平台。

在上述主动减震隔振装置中，所述控制模块还包括第二控制环路，所述第二控制环路包括：二阶微分算子，用于将所述逻辑轴期望位置信号转换为逻辑轴期望加速度信号；前馈增益环节，用于将所述逻辑轴期望加速度信号转换为逻辑轴前馈驱动力信号，其中，所述逻辑轴前馈驱动力信号通过所述逻辑轴到物理轴转换矩阵单元转化为物理轴前馈驱动力信号，所述物理轴前馈驱动力信号通过所述多个驱动力执行器作用于所述隔振平台。

在上述主动减震隔振装置中，所述主动减震隔振装置还包括多个伺服控制阀，每一所述伺服控制阀连接一气动隔振执行模块和所述气源，而且，所述控制模块还包括第三控制环路，所述第三控制环路包括：一阶微分算子，用于将所述物理轴速度信号转换为物理轴加速度信号；低通滤波器，用于对所述物理轴加速度信号进行滤波以得到低频加速度信号；转换因子，用于将所述低频加速度信号转换为气动伺服力信号，其中，所述气动伺服力信号控制每一所述伺服控制阀调节所述气源对每一气动隔振执行模块供给的气压。

在上述主动减震隔振装置中，所述低通滤波器的低通截止频率范围为0.2～0.6Hz。

在上述主动减震隔振装置中，所述低通滤波器的低通截止频率为0.3Hz。

在上述主动减震隔振装置中，所述隔振执行模块为气动隔振执行模块，多个气动隔振执行模块连接所述基座和所述隔振平台，每一所述气动隔振执行模块包括空气弹簧和空气阻尼器，所述空气弹簧具有可调的刚度，所述空气阻尼器具有可调的阻尼系数；以及气源，用于为所述多个气动隔振执行模块供给气压。

与现有技术相比，本发明提供的一种主动减震隔振装置，通过使用非线性的分数阶天棚阻尼控制技术(也称，分数阶天棚阻尼控制技术)，将被隔振对象的速度信号转换成天棚阻尼力信号作用于被隔振对象，从而实现被隔振对象的低振动传递率和高衰减率的隔振效果，能提高阻尼控制的鲁棒性，改善减震隔振装置的动力学特性。此外，通过设置第一控制环路，将被隔振对象的实际位置信号与期望位置信号之间的误差信号转换成驱动力信号作用于被隔振对象，从而将被隔振对象精确地定位在期望位置，实现精密的定位功能；通过设置第二控制环路，将被隔振对象的期望位置信号转换成前馈驱动力信号作用于被隔振对象，从而提高定位控制的响应速度；通过设置第三控制环路，将被隔振对象的速度信号转换成气动伺服力信号以调节气动隔振执行模块的气压，提高气动响应速度。

附图说明

图1为一种基于天棚阻尼控制技术的隔振装置的结构示意图；

图2为如图1所示的隔振装置的力学模型示意图；

图3为本发明的减震隔振装置的结构示意图；

图4为本发明的减震隔振装置中通过控制模块实现隔振功能的示意图；

图5为控制模块中分数阶天棚阻尼调节器的结构示意图；

图6为对应于不同α值本发明的减震隔振装置的阶跃输入响应曲线对比图；

图7为对应于不同α值本发明的减震隔振装置的传输函数特性对比图；

图8为本发明的减震隔振装置中通过控制模块的第一控制环路和第二控制环路实现定位功能的示意图；

图9为本发明的减震隔振装置中通过控制模块的第三控制环路进一步实现定位功能的示意图；

图10为本发明的减震隔振装置的位置控制性能曲线图。

具体实施方式

为使本发明的目的、特征更明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。

在描述本发明的减震隔振装置之前，首先对一种基于天棚阻尼控制技术的隔振装置进行说明，其结构示意图如图1所示。图1中，该隔振装置包括基座100、驱动力执行器101、阻尼力控制器102、速度传感器103、隔振平台104以及气动隔振执行模块107。其中，基座100与隔振平台104相对设置，基座100具有大地噪声或者其他动力设备的振动干扰，对隔振平台104有不可忽视的影响。气动隔振执行模块107连接基座100和隔振平台104，其包括空气弹簧和空气阻尼器。空气弹簧具有可调的刚度，而空气阻尼器具有可调的阻尼系数。具体而言，气动隔振执行模块107利用空气弹簧的原理能提供可调的刚度和非常低的阻尼系数来隔离基座100的振动，从而实现隔振平台104相对基座100的震动隔离和减振。速度传感器103设置在隔振平台104上，用于得到隔振平台104的物理轴速度信号。阻尼力控制器102能够根据天棚阻尼控制技术将该物理轴速度信号调节为天棚阻尼力信号，进而送入驱动力执行器101以作用于隔振平台104，从而改善其阻尼特性。

图2为如图1所示的隔振装置的力学模型示意图。图2中，隔振平台104的质量为M_p，气动隔振执行模块107提供的气压刚度和阻尼系数分别为K和C_d，通过驱动力执行器101提供的天棚阻尼力信号的阻尼系数为C_s，基座100的振动位移为z₀，隔振平台104的振动位移为z₁。该模型满足如下公式：

其中，

为隔振平台104的振动速度，

为隔振平台104的振动加速度，D^α为天棚阻尼力信号的分数阶算子。

将公式(1)拉普拉斯变换得到：

$\frac{Z_1\left(s\right)}{Z_0\left(s\right)}=\frac{K+C_{d}s}{M_p{s}^2+C_{d}s+C_s{s}^{\mathrm{\α}}+K}---\left(2\right)$

公式(2)所描述的隔振模型中可以通过气动设计和调节使得C_d≈0，从而公式(2)近似变为：

$\frac{Z_1\left(s\right)}{Z_0\left(s\right)}=\frac{K}{M_p{s}^2+C_s{s}^{\mathrm{\α}}+K}---\left(3\right)$

由公式(3)可以看出，高频隔振性能的衰减特性提高到了-40dB衰减，能最大限度的衰减干扰噪声。

下面结合图3来描述本发明的减震隔振装置的较佳实施例，图3为该减震隔振装置的结构示意图。如图3所示的减震隔振装置结构中，基座100具有振动干扰，而隔振平台104与基座100相对设置。多个气动隔振执行模块(本实施例中为3个气动隔振执行模块107a、107b、107c)，连接基座100和隔振平台104，每一气动隔振执行模块都包括空气弹簧和空气阻尼器，空气弹簧具有可调的刚度，空气阻尼器具有可调的阻尼系数。本实施例中，3个气动隔振执行模块107a、107b、107c的上部支撑隔振平台104而下部安装在所基座100上，3个空气弹簧分别具有刚度K₁、K₂、K₃，3个空气阻尼器分别具有阻尼系数C_d1、C_d2、C_d3。多个速度传感器(本实施例中为3个速度传感器103a、103b、103c)设置在隔振平台104上，用于得到隔振平台104的物理轴速度信号(本实施例中为物理轴速度信号v₁、v₂、v₃)。控制装置801用于根据分数阶天棚阻尼控制技术将物理轴速度信号调节成物理轴天棚阻尼力信号。多个驱动力执行器(本实施例中为3个驱动力执行器101a、101b、101c)连接控制模块801和隔振平台104，用于将物理轴天棚阻尼力信号作用于隔振平台104。此外，气源805用于为3个气动隔振执行模块107a、107b、107c供给气压。在本较佳实施例中，采用气动隔振执行模块和气源的方式运作，当然，也可采用其他非气动方式，如磁浮方式。

由此，通过速度传感器103a、103b、103c将隔振平台104的测点的速度信息传送给控制装置801，而控制装置801根据分数阶天棚阻尼控制技术将该速度信息整形和调谐为天棚阻尼力信号，并传递给驱动力执行器101a、101b、101c对隔振平台104进行实时调节和补偿，从而实现隔振平台104相对基座100的有效减震隔振。

下面结合图4对控制模块801进行说明，图4为本发明的减震隔振装置中通过控制模块801实现隔振功能的示意图。控制模块801采用了分数阶天棚阻尼调节器的控制策略，其包括第一物理轴到逻辑轴转换矩阵单元402、多轴向分数阶天棚阻尼调节器(本实施例中为Z、Rx、Ry轴向分数阶天棚阻尼调节器404、405、406)以及逻辑轴到物理轴转换矩阵单元403。

第一物理轴到逻辑轴转换矩阵单元402用于将物理轴速度信号v₁、v₂、v₃转化为逻辑轴速度信号v_z、v_rx、v_ry，其转换公式为：

$\left[\begin{array}{c}{v}_z\\ v_{\mathrm{rx}}\\ v_{\mathrm{ry}}\end{array}\right]=W^{-1}\left[\begin{array}{c}{v}_1\\ v_2\\ v_3\end{array}\right]---\left(4\right)$

其中，

(x₁，y₁)、(x₂，y₂)、(x₃，y₃)分别为隔振平台104上的三个测量点的位置坐标。

Z、Rx、Ry轴向分数阶天棚阻尼调节器404、405、406用于将逻辑轴速度v_z、v_rx、v_ry信号转化为逻辑轴天棚阻尼力信号F_zcs、F_rxcs、F_rycs。图5为分数阶天棚阻尼调节器404、405、406的结构示意图。图5中，每一分数阶天棚阻尼调节器包括比例增益器408、微分增益器409、分数阶微分器410以及第一求和器411。其中，比例增益器408具有比例增益系数K_p，用于将逻辑轴速度信号v修正为线性天棚阻尼力信号。微分增益器409和分数阶微分器410用于将逻辑轴速度信号v修正为非线性天棚阻尼力信号，微分增益器409通过微分增益系数Kd调节该非线性天棚阻尼力信号的幅值，分数阶微分器410通过微分阶数α(这里α∈[0，1))调节该非线性天棚阻尼力信号的衰减率。第一求和器411用于叠加线性天棚阻尼力信号和非线性天棚阻尼力信号，得到逻辑轴天棚阻尼力信号F_cs。由此，分数阶天棚阻尼调节器404、405、406的传输函数为：G_cs(s)＝K_p+K_ds^α。

逻辑轴到物理轴转换矩阵单元403用于将逻辑轴天棚阻尼力信号F_zcs、F_rxcs、F_rycs转化为物理轴天棚阻尼力信号F_z1cs、F_z2cs、F_z3cs，其转换公式为：

$\left[\begin{array}{c}{F}_{\mathrm{zlcs}}\\ F_{z2\mathrm{cs}}\\ F_{z3\mathrm{cs}}\end{array}\right]=W\left[\begin{array}{c}{F}_{\mathrm{zcs}}\\ F_{\mathrm{rxcs}}\\ F_{\mathrm{rycs}}\end{array}\right]---\left(5\right)$

由此，速度传感器103a、103b、103c得到隔振平台104上三个测量点的速度信号，通过第一物理轴到逻辑轴转换矩阵单元转换成逻辑轴上的速度量，再把逻辑速度信号传输给Z、Rx、Ry轴向分数阶天棚阻尼调节器404、405、406进行整形调节为逻辑轴天棚阻尼力信号，逻辑轴天棚阻尼力信号接着通过逻辑轴到物理轴转换矩阵单元转换成为三个物理轴天棚阻尼力信号，最后把三个物理轴天棚阻尼力信号送入驱动力执行器101a、101b、101c变成力的形式作用于隔振平台104，使得隔振平台104具有更优的隔振特性。

请综合参阅图6、图7以及表1，图6给出了对应于不同α值本发明的减震隔振装置的阶跃输入响应曲线对比图，图7给出了传输函数特性对比图，而表1列出了不同α值时的隔振性能指标对比。从图6和表1可以看出，分数阶天棚阻尼技术的隔振能力要优于整数阶天棚阻尼技术(α＝1)。而从图7可以看出，虽然整数阶天棚阻尼技术和分数阶天棚阻尼技术均为-40dB的衰减特性，但是分数阶天棚阻尼技术在共振频率处的幅值衰减特性比整数阶天棚阻尼技术更优。优选的，微分阶数α的范围为0.5～0.9。

表1隔振性能指标对比

阻尼器类型	稳定时间[s]	均值	3δ值
				整数阶天棚阻尼(α＝1)	0.3	-0.0018	0.0748
分数阶天棚阻尼(α＝0.28)	0.3	0.0036	0.0446
				分数阶天棚阻尼(α＝0.68)	0.3	8.95e-4	0.0230
分数阶天棚阻尼(α＝0.93)	0.3	0.0017	0.0279

此外，本发明的主动减震隔振装置还可以实现隔振平台104的定位功能。请参阅图3，该主动减震隔振装置还包括设置在隔振平台104上的多个位置传感器(本实施例中为3个位置传感器802a、802b、802c)，用于得到隔振平台104的物理轴位置信号(本实施例中为物理轴位置信号z₁、z₂、z₃)。在本实施例中，位置传感器802a、802b、802c和速度传感器103a、103b、103c以分别位于气动隔振执行模块107a、107b、107c所在位置的两侧的方式安装在隔振平台104上。相应地，控制模块801还包括第一控制环路，如图8所示。图8中，该第一控制环路包括第二物理轴到逻辑轴转换矩阵单元509、多轴向求和比较器(本实施例中为Z、Rx、Ry轴向求和比较器501a、501b、501c)以及多轴向位置控制器(本实施例中为Z、Rx、Ry轴向位置控制器502a、502b、502c)。其中，第二物理轴到逻辑轴转换矩阵单元509用于将物理轴位置信号z₁、z₂、z₃转化为逻辑轴位置信号z、r_x、r_y，其转换原理与第一物理轴到逻辑轴转换矩阵单元402相同。Z、Rx、Ry轴向求和比较器501a、501b、501c用于将逻辑轴位置信号与z、r_x、r_y基于所述隔振平台重心的逻辑轴期望位置信号z₀、r_x0、r_y0进行比较以得到逻辑轴位置误差信号。Z、Rx、Ry轴向位置控制器502a、502b、502c用于将该逻辑轴位置误差信号转化为逻辑轴驱动力信号F_z、F_rx、F_ry。该逻辑轴驱动力信号再通过逻辑轴到物理轴转换矩阵单元403转化为物理轴驱动力信号，物理轴驱动力信号也通过驱动力执行器101a、101b、101c作用于隔振平台104，从而使得隔振平台104精确定位在期望位置。

在图8中，控制模块801还包括第二控制环路(即前馈环路)。第二控制环路包括二阶微分算子511和前馈增益环节510a、510b、510c。二阶微分算子511用于将逻辑轴期望位置信号z₀、r_x0、r_y0转换为逻辑轴期望加速度信号。前馈增益环节510a、510b、510c用于将逻辑轴期望加速度信号转换为逻辑轴前馈驱动力信号(加速度信号与质量相乘得到力信号)。该逻辑轴前馈驱动力信号再通过逻辑轴到物理轴转换矩阵单元403转化为物理轴前馈驱动力信号，物理轴前馈驱动力信号通过驱动力执行器101a、101b、101c作用于隔振平台104，从而能够提高三轴向定位控制的响应速度。

需要注意的是，可以如图8所示，先通过第二求和器504a、504b、504c将第二控制环路的逻辑轴前馈驱动力信号分别与第一控制环路的逻辑轴驱动力信号F_z、F_rx、F_ry进行相加得到逻辑轴综合驱动力信号，之后通过逻辑轴到物理轴转换矩阵单元403转化为物理轴综合驱动力信号F_z1、F_z2、F_z3作用于隔振平台104。

此外，请参阅图3，本发明的主动减震隔振装置还可以包括多个伺服控制阀(本实施例中为3个伺服控制阀508a、508b、508c)，每一伺服控制阀连接一气动隔振执行模块和气源805，用于调节气源805对该气动隔振执行模块供给的气压。对应地，控制模块801还包括第三控制环路(即附加气动前馈环路)，该第三控制环路包括一阶微分算子505、低通滤波器506以及转换因子507。一阶微分算子505用于将速度传感器103a、103b、103c测得的物理轴速度信号v₁、v₂、v₃转换为物理轴加速度信号a₁、a₂、a₃，其公式如下：

$\left(\begin{array}{c}{a}_1\\ a_2\\ a_3\end{array}\right)=\frac{d}{\mathrm{dt}}\left(\begin{array}{c}{v}_1\\ v_2\\ v_3\end{array}\right)---\left(6\right)$

低通滤波器506用于对物理轴加速度信号a₁、a₂、a₃进行滤波以得到低频加速度信号a′₁、a′₂、a′₃。这里，低通滤波器506的低通截止频率范围为0.2～0.6Hz，优选为0.3Hz。转换因子507用于将低频加速度信号a′₁、a′₂、a′₃转换为气动伺服力信号f₁、f₂、f₃。气动伺服力信号f₁、f₂、f₃分别作用于伺服控制阀508a、508b、508c，且控制每一伺服控制阀调节气源805对每一气动隔振执行模块供给的气压，获得实际需要的气动阻尼力信号，提高气动响应速度。第三控制环路的目的是使得气动隔振执行模块107a、107b、107c快速响应和承担隔振平台104的振动信号中的重力分量部分，提高位置控制环路的精度。

下面请参阅图10和表2，图10显示了本发明的减震隔振装置的位置控制性能曲线图，表2列出了不同α值时的定位性能指标对比。图10给出了该减震隔振装置在逻辑轴上跟踪期望位置得到的位置误差，显然地，分数阶天棚阻尼技术的定位控制精度更优，动态稳定时间快，如表2所示。

表2定位性能指标对比

阻尼器类型	稳定时间[s]	均值[nm]	3δ值[nm]
				整数阶天棚阻尼(α＝1)	0.035	-2.2	20.0
分数阶天棚阻尼(α＝0.93)	0.032	-1.8	16.8

综上所述，本发明提供的一种主动减震隔振装置，通过使用非线性的分数阶天棚阻尼控制技术(也称，分数阶天棚阻尼控制技术)，将被隔振对象的速度信号转换成天棚阻尼力信号作用于被隔振对象，从而实现被隔振对象的低振动传递率和高衰减率的隔振效果，能提高阻尼控制的鲁棒性，改善减震隔振装置的动力学特性。此外，通过设置第一控制环路，将被隔振对象的实际位置信号与期望位置信号之间的误差信号转换成驱动力信号作用于被隔振对象，从而将被隔振对象精确地定位在期望位置，实现精密的定位功能；通过设置第二控制环路，将被隔振对象的期望位置信号转换成前馈驱动力信号作用于被隔振对象，从而提高定位控制的响应速度；通过设置第三控制环路，将被隔振对象的速度信号转换成气动伺服力信号以调节气动隔振执行模块的气压，提高气动响应速度。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (11)

1.一种主动减震隔振装置，其特征在于，包括：

基座，其具有振动干扰；

隔振平台，与所述基座相对设置并对基座进行减振、隔振；

多个隔振执行模块，连接所述基座和所述隔振平台，每一所述隔振执行模块具有可调的阻尼；

多个速度传感器，设置在所述隔振平台上，用于得到所述隔振平台的物理轴速度信号；

控制模块，用于根据分数阶天棚阻尼控制技术将所述物理轴速度信号调节成物理轴天棚阻尼力信号；以及

多个驱动力执行器，连接所述控制模块和所述隔振平台，用于将所述物理轴天棚阻尼力信号作用于所述隔振平台，以对隔振平台进行实时调节和补偿。

2.根据权利要求1所述的主动减震隔振装置，其特征在于，所述控制模块包括：

第一物理轴到逻辑轴转换矩阵单元，用于将所述物理轴速度信号转化为逻辑轴速度信号；

多个轴向的分数阶天棚阻尼调节器，用于将所述逻辑轴速度信号转化为逻辑轴天棚阻尼力信号；

逻辑轴到物理轴转换矩阵单元，用于将所述逻辑轴天棚阻尼力信号转化为物理轴天棚阻尼力信号。

3.根据权利要求2所述的主动减震隔振装置，其特征在于，每一轴向的所述分数阶天棚阻尼调节器包括：

比例增益器，用于将所述逻辑轴速度信号修正为线性天棚阻尼力信号；

微分增益器和分数阶微分器，用于将所述逻辑轴速度信号修正为非线性天棚阻尼力信号，所述微分增益器调节所述非线性天棚阻尼力信号的幅值，所述分数阶微分器调节所述非线性天棚阻尼力信号的衰减率；

第一求和器，用于叠加所述线性天棚阻尼力信号和所述非线性天棚阻尼力信号，得到所述逻辑轴天棚阻尼力信号。

4.根据权利要求3所述的主动减震隔振装置，其特征在于，所述分数阶微分器的微分阶数的范围为大于等于0而小于1。

5.根据权利要求4所述的主动减震隔振装置，其特征在于，所述微分阶数的范围为0.5～0.9。

6.根据权利要求2所述的主动减震隔振装置，其特征在于，所述主动减震隔振装置还包括多个位置传感器，所述多个位置传感器设置在所述隔振平台上，用于得到所述隔振平台的物理轴位置信号，

而且，所述控制模块还包括第一控制环路，所述第一控制环路包括：

第二物理轴到逻辑轴转换矩阵单元，用于将所述物理轴位置信号转化为逻辑轴位置信号；

多轴向求和比较器，用于将所述逻辑轴位置信号与基于所述隔振平台重心的逻辑轴期望位置信号进行比较以得到逻辑轴位置误差信号；

多轴向位置控制器，用于将所述逻辑轴位置误差信号转化为逻辑轴驱动力信号，

其中，所述逻辑轴驱动力信号通过所述逻辑轴到物理轴转换矩阵单元转化为物理轴驱动力信号，所述物理轴驱动力信号通过所述多个驱动力执行器作用于所述隔振平台。

7.根据权利要求6所述的主动减震隔振装置，其特征在于，所述控制模块还包括第二控制环路，所述第二控制环路包括：

二阶微分算子，用于将所述逻辑轴期望位置信号转换为逻辑轴期望加速度信号；

前馈增益环节，用于将所述逻辑轴期望加速度信号转换为逻辑轴前馈驱动力信号，

其中，所述逻辑轴前馈驱动力信号通过所述逻辑轴到物理轴转换矩阵单元转化为物理轴前馈驱动力信号，所述物理轴前馈驱动力信号通过所述多个驱动力执行器作用于所述隔振平台。

8.根据权利要求2所述的主动减震隔振装置，其特征在于，所述主动减震隔振装置还包括多个伺服控制阀，每一所述伺服控制阀连接一气动隔振执行模块和所述气源，

而且，所述控制模块还包括第三控制环路，所述第三控制环路包括：

一阶微分算子，用于将所述物理轴速度信号转换为物理轴加速度信号；

低通滤波器，用于对所述物理轴加速度信号进行滤波以得到低频加速度信号；

转换因子，用于将所述低频加速度信号转换为气动伺服力信号，

其中，所述气动伺服力信号控制每一所述伺服控制阀调节所述气源对每一气动隔振执行模块供给的气压。

9.根据权利要求8所述的主动减震隔振装置，其特征在于，所述低通滤波器的低通截止频率范围为0.2～0.6Hz。

10.根据权利要求9所述的主动减震隔振装置，其特征在于，所述低通滤波器的低通截止频率为0.3Hz。

11.根据权利要求1所述的主动减震隔振装置，其特征在于，所述隔振执行模块为气动隔振执行模块，多个气动隔振执行模块连接所述基座和所述隔振平台，每一所述气动隔振执行模块包括空气弹簧和空气阻尼器，所述空气弹簧具有可调的刚度，所述空气阻尼器具有可调的阻尼系数；以及气源，用于为所述多个气动隔振执行模块供给气压。

Images